26 第一章常用半导体器件 IB=IBN+ IEP -IcBo=IB-IcBo (1.3.3) 从外部看 Ie =Ic+ IB 三、晶体管的共射电流放大系数 电流Ic与IB之比称为共射直流电流放大系数芦,根据式(132)和(1.3 3)可得 整理可得 Ic = sIB+(1+B)IcBo BB+IcEo (13.5) 式中IcEo称为穿透电流其物理意义是,当基极开路(IB=0)时,在集电极电源 vc用下的集电极与发射极之间形成的电流,而Icpo是发射极开路时,集电结 的反向饱和电流。一般情况下,IB>IcB0,B>1,所以 I≈ L. (13.6) IE≈(1+B)lB (1.3.7) 在图133所示电路中,若有输入电压△u1作用,则品体管的基极电流将 在IB基础上叠加动态电流△iB,当然集电极电流也将在I基础上叠加动态电流 △ic,△ic与△iB之比称为共射交流电流放大系数记作β,即 △ic (1.3.8) 如果在△x(作用时基本不变,则集电极电流 Ic+△ic=lB+lcpo+B△iB 因此 式(1.39)表明在一定范围内可以用晶体管在某一直流量下的序来取代 在此基础上加动态信号时的。由于在I较宽的数值范围内基本不变,因此 在近似分析中不对与加以区分。一般情况下取为几十至一百多倍的管子 为好,因为β太小,放大能力不强;太大性能不够稳定。 当以发射极电流作为输入电流以集电极电流作为输出电流时,与l之 比称为共基直流电流放大系数
t3双极型晶体管 根据式(132)可得 Ic ale icBo (1.3.10) 将式(13.4)代人上式,可以得出a与B的关系,即 -a驶a B (1.3.11) 共基交流电流放大系数a的定义为 △ (1.3.12) 与P≈~相同,a≈a。 133晶体管的共射特性曲线 晶体管的输入特性和输出特性曲线描述各电极之间电压、电流之间的关系, 用于对晶体管的性能、参数和晶体管电路的分析估算。 、输入特性曲线 输人特性曲线描述了在管压降Uc-定的情况下,基极电流iB与发射结压 降uBE之间的函数关系,即 db= f(ubE) cE背数 (1.3.13) 当UcE=0时,相当于集电极与发射极短路,即发射结与集电结并联。因 此,输人特性曲线与PN结的伏安特性相类似,呈指数关系,见图1.3.5中标注 UcE=0的那条曲线。 当UC增大时,曲线将右移,见图1.35中标注05V和≥1V的曲线。这 是因为,由发射区注入基区的非平衡少子有 0.5V 部分越过基区和集电结形成集电极电流ic,而 Uc ≥1V 另一部分在基区参与复合运动的非平衡少子将 随UcE的增多(即集电结反向电压的增大)而减 少。因此,要获得同样的i,就必须加大BE, 使发射区向基区注入更多的电子。 实际上,对于确定的Uc,当Uc增大到 定值(如1V)以后,集电结的电场已足够强,可 以将发射区注人基区的绝大部分非平衡少子都图1.3.5晶体管的输人 收集到集电区,因而再增大Ucg,ic也不可能明 特性曲线
第一章常用半导体醫件 显增大,也就是说,ia已基本不变。因此,Uc王超过一定数值后,曲线不再明显右 移而基本重合。对于小功率管可以近似地用UcE大于1V的任何一条曲线来 代表UcE大于1V的所有曲线。 二、输出特性曲线 输出特性曲线描述基极电流I为一常量时,集电极电流ic与管压降uc之 间的函数关系,即 t 常数 (1.3.14) 对于每一个确定的IB,都有一条曲线,所以输出特性是一族曲线,如图 1.3.6所示。对于某一条曲线,当4cε从零逐渐增大时,集电结电场随之增强,收 集基区非平衡少子的能力还渐增强,因而 饱和区 ic也就逐渐增大。而当wc增大到一定数 值时,集电结电场足以将基区非平衡少子 的绝大部分收集到集电区来,uc再增大 收集能力已不能明显提高,表现为曲线几 产平行于横轴,即ic几乎仅仅决定于IB 从输出特性曲线可以看出,晶体管有 l=0 三个工作区域(见图1.3.6中所标注) (1)裁止区:其特征是发射结电压小 截止区 于开启电压U且集电结反向偏置,即对 于共射电路uB≤Ul。且acE>uwp。此时 图1.3.6晶体管的输出特性曲线 IB=0,而ic≤lcro小功率硅管的lo在1AA以下,锗管的IcBo小于几十微 安。因此在近似分析中可以认为晶体管截止时的ic≈0。 (2)放大区:其特征是发射结正向偏置(uBE大于发射结开启电压Um)且集 电结反向偏置即对于共射电路4m>U且uc≥vE。此时,c几乎仅仅决定 于Is,而与cE无关,表现出IB对ic的控制作用,c=pB,△ic=B△B。在理想 情况下,当I按等差变化时输出特性是一族与横轴平行的等距离直线 3)饱和区:其特征是发射结与集电结均处于正向偏置,即对于共射电路 BE>U且ucE<以BE。此时ic不仅与lB有关,而且明显随wc增大而增大,c 小于}ε。在实际电路中,若晶体管的wε增大时,I随之增大但ic增大不多 或基本不变,则说明晶体管进入饱和区。对于小功率管,可以认为当ucE=wg 即ucB=0时晶体管处于临界状态,即临界饱和或临界放大状态
1.3双极型晶体警 29 在模拟电路中,绝大多数情况下应保证晶体管工作在放大状态。 1.34晶体管的主要参数 在计算机辅助分析和设计中,根据晶体管的结构和特性,要用几十个参数全 面描述它。这里只介绍在近似分析中最主要的参数,它们均可在半导体器件手 册中查到。 直流参数 1.共射直流电流系数阝 当I>Ic时, 2.共基直流电流放大系数a 当IcBo可忽略时,a≈Ic/lE 3.极间反向电流 Icp是发射极开路时集电结的反向饱和电流。Ico是基极开路时,集电极 与发射极间的穿透电流,co=(1+p)Ico同一型号的管子反向电流愈小,性 能愈稳定。 选用管子时,B应选几十至一百多倍,Icpo与Icpo应尽量小。硅管比锗管的 极间反向电流小2~3个数量级,因此温度稳定性也比锗管好。 二、交流参数 交流参数是描述晶体管对于动态信号的性能指标。 1.共射交流电流放大系数阝 △ -Ai8IVce-te 2.共基交流电流放大系数 △ 近似分析中可以认为B≈p,a≈a。 3.特征频率∫ 由于晶体管中PN结结电容的存在,晶体管的交流电流放大系数是所加信
第一章常用半导体器件 号频率的函数。信号频率高到一定程度时,集电极电流与基极电流之比不但数 值下降,且产生相移。使β的数值下降到1的信号频率称为特征频率fr 三、极限参数 极限参数是指为使晶体管安全工作对它的电压、电流和功率损耗的限制。 1.最大集电极耗散功率PcM Pc决定于晶体管的温升。当硅管的结温度大于150℃时,锗管的结温度 大于70℃时,管子特性明显变坏,甚至烧坏。对于确定型号的晶体管,PCM是 个确定值即PcM= IcicI=常数,在输出特性坐标平面中为双曲线中的一条, 如图13.7所示。曲线右上方为过损耗区。 cMic.u 安全工作区 图1.3.7品体管的极限参数 对于大功管的PM,应特别注意测试条件,如对散热片的规格要求。当散热 条件不满足要求时,允许的最大功耗将小于PCM 2.最大集电极电流IcM ic在相当大的范围内β值基本不变,但当ic的数值大到一定程度时值将 减小。使β值明显减小的ic即为Icw对于合金型小功率管,定义当c=1V 时,由PeM= Luce得出的ic即为IcMo 实际上,当晶体管的lc大于IcM时,晶体管不一定损坏,但B明显下降。 3.极间反向击穿电压 晶体管的某一电极开路时,另外两个电极间所允许加的最高反向电压即为 极间反向击穿电压超过此值的管子会发生击穿现象。下面是各种击穿电压的 定义 UcB是发射极开路时集电极一基极间的反向击穿电压,这是集电结所允许 加的最高反向电压